Aufrufe
vor 3 Jahren

Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

Entwicklung einer Nanotechnologie-Plattform für die ... - JuSER

5 HERSTELLUNG VON

5 HERSTELLUNG VON CROSSBAR-STRUKTUREN 200 nm breiten Pt-Leiterbahnen diente als Basis. Widerstand [kOhm] 4 3 2 1 0 Standard-Prozess Peripherie Lift-Off 1 2 3 4 5 6 7 8 Elektrode Abbildung 5.14: Widerstandsmessungen an Pt Bottom-Elektroden, die zum einen in einem Standard-Prozess hergestellt wurden und zum anderen, alternativ dazu, mit einem Peripherie-Lift-Off- Prozess realisiert wurden. Alle Leitungen waren hierin funktionsfähig. Es stellte sich zudem heraus, dass die Widerstandswerte der standardisierten Elektroden um ~ 400 Ω höher lagen als die, bei denen die alternative Zuleitung mit 50 nm Dicke nahezu die zweifache Höhe betrug. Der relativ geringe Widerstandsunterschied begründete sich anhand der lediglich partiell realisierten, alternativen Peripherie. Der Einfluss der Zuleitung einer Breite > 20 μm auf den Gesamtwiderstand ist demzufolge zwar nicht dominant, doch zeigt die Widerstandsminderung um durchschnittlich 12 %, dass mittels alternativer Peripherie der Gesamtwiderstand der Elektrode tendenziell verkleinert werden kann. Dies wäre beispielsweise für elektrische Messungen im hochfrequenten Bereich durchaus von Vorteil, da die RC-Zeiten der Leiterbahnen reduziert würden. Die erfolgreiche Herstellung der Zuleitungsperipherie zeigt folglich, neben der generellen Durchführbarkeit des Lift-Off-Verfahrens, die Möglichkeit der Leitungswiderstandsverringerung, welches gleichzeitig eine Steigerung der Leitungs-Performance bedeutet. Top-Elektroden und somit Crossbar-Arrays konnten mit diesem Verfahren im Rahmen dieser Arbeit nicht realisiert werden. Die Notwendigkeit eines neuen Maskendesigns, welches die erfolgreiche Durchführung eines Top-Imprints ausmachte, ging über den Rahmen des beschriebenen Versuchs hinaus. Es sollte an dieser Stelle die Machbarkeit des Verfahrens demonstriert werden. 85

5 HERSTELLUNG VON CROSSBAR-STRUKTUREN 5.5 Die Notwendigkeit der Planarisierung Wird bei der Herstellung von Crossbar-Arrays mittels Nanoimprint-Lithographie auf die Planarisierung der Bottom-Elektoden verzichtet, so ist ein Top-Imprint nur bedingt erfolgreich durchführbar. Zudem resultiert aus einer unebenen Probenoberfläche eine gleichermaßen unebene Top-Elektroden-Struktur. Abbildung 5.15 a) zeigt die Auswirkung eines fehlenden Planarisierungsschrittes auf die Topographie der Top- Elektroden. Hier ist anhand eines 16 bit-Arrays mit Linienbreiten von 100 nm deutlich zu erkennen, dass die Top-Elektroden nicht homogen strukturiert werden konnten, sondern eher gewellt erscheinen. Es treten Verengungen der Top-Elektroden an den Kreuzungspunkten der Leiterbahnen auf. Ferner scheint das Top-Metall an diesen Kreuzungspunkten dünner zu sein als zwischen den Bottom-Elektroden. Dies zeigt, dass die Herstellung von Arrays (mit standardisierten 30 nm hohen Bottom-Elektroden) ohne die Verwendung eines Planarisierungsschrittes, aufgrund der unebenen Top-Elektrode, mittels Nanoimprint eher bedenklich ist. Wird sogar die weitere Steigerung der Leiterbahnenhöhe angestrebt – dies wäre für die Reduzierung der Leiterwiderstände von Interesse –, so ist die Herstellung der Crossbar-Arrays ohne Planarisierung der Bottom- Elektroden nicht mehr vorstellbar. Leitungswiderstandsmessungen an derartigen Arrays wiesen außerdem auf die unzureichende Qualität der Top-Elektroden hin. Alle Leitungen wurden „open“ gemessen, was auf Brüche innerhalb der Elektroden schließen lässt, die voraussichtlich an den Array-Rändern (siehe Abbildung 5.15 a) auftraten. Eine Verringerung der Unebenheiten in den Top-Elektroden konnte durch die Reduzierung der Bottom-Elektroden-Dicke auf 15 nm erreicht werden (Abbildung 5.15 b). Zwar traten hier die Verengungseffekte der Leitungen an den Kreuzungspunkten deutlich schwächer auf, doch konnten auch hier nur partiell funktionsfähige Top-Elektroden durch Widerstandsmessungen nachgewiesen werden. Hinzu implizierte die Verringerung der Bottom-Elektroden-Höhe den Performanceverlust der Arrays durch steigende Leitungswiderstände (vgl. Kapitel 5.3). Eine Planarisierung der Bottom-Elektroden ist damit bei der Herstellung von Crossbar- Arrays mittels Nanoimprint-Verfahren unbedingt von Nöten. Unter Verwendung anderer Herstellungsmethoden (z.B. der Elektronenstrahllithographie [109]) ist eine Planarisierung erfahrungsgemäß, aufgrund anderer Herstellungseffekte, nicht zwingend erforderlich. Da bei Belichtungsverfahren die unebene Oberfläche, auf der sich die Bottom-Elektroden befinden, nicht in einem mechanischen Verfahren strukturiert wird, treten weniger Probleme in Bezug auf Lackdeformation (oder Ähnliches) auf. 86